Повишеното търсене за подобряване на надеждността в цялата индустрия означава, че инженерите трябва да вземат предвид всички компоненти на своето оборудване.Лагерните системи са критични части в машината и тяхната повреда може да има катастрофални и скъпи последици.Конструкцията на лагера оказва голямо влияние върху надеждността, особено при екстремни работни условия, включително високи или ниски температури, вакуум и корозивна атмосфера.Тази статия очертава съображения, които трябва да се вземат при определяне на лагери за предизвикателни среди, така че инженерите да могат да осигурят висока надеждност и отлична производителност с дълъг живот на своето оборудване.

Лагерната система се състои от много елементи, включително топки, пръстени, клетки и смазване например.Стандартните лагери обикновено не издържат на суровите условия и затова трябва да се обърне специално внимание на отделните части.Най-важните елементи са смазването, материалите и специалната термична обработка или покрития и като се разгледа всеки фактор означава, че лагерите могат да бъдат най-добре конфигурирани за приложението.

Работи при висока температура

Приложенията с висока температура, като тези, използвани в задвижващите системи в аерокосмическата индустрия, могат да представляват предизвикателства за стандартните лагери.Освен това, температурите се повишават в оборудването, тъй като единиците стават все по-малки и имат увеличена плътност на мощността, а това представлява проблем за средния лагер.

Смазване

Смазването е важен фактор тук.Маслата и гресите имат максимални работни температури, в който момент те ще започнат да се разграждат и да се изпаряват бързо, което води до повреда на лагера.Стандартните греси често са ограничени до максимална температура от около 120°C, а някои конвенционални високотемпературни греси са в състояние да издържат на температури до 180°C.

Въпреки това, за приложения, които изискват дори по-високи температури, се предлагат специални флуорирани смазочни греси и са постижими температури над 250°C.Когато течното смазване не е възможно, твърдото смазване е опция, която позволява надеждна работа с ниска скорост при дори по-високи температури.В този случай молибденов дисулфид (MOS2), волфрамов дисулфид (WS2), графит или политетрафлуоретилен (PTFE) се препоръчват като твърди смазочни материали, тъй като могат да понасят много високи температури за по-дълги периоди от време.

Материали

Когато става дума за температури над 300°C, са необходими специални пръстени и сачмени материали.AISI M50 е високотемпературна стомана, която обикновено се препоръчва, тъй като показва висока устойчивост на износване и умора при високи температури.BG42 е друга високотемпературна стомана, която има добра твърдост на горещо при 300°C и обикновено се определя, тъй като има високи нива на устойчивост на корозия и също така е по-малко податлива на умора и износване при екстремни температури.

Необходими са и високотемпературни клетки, които могат да се доставят в специални полимерни материали, включително PTFE, полиимид, полиамид-имид (PAI) и полиетер-етер-кетон (PEEK).За високотемпературни системи, смазвани с масло, лагерните клетки могат да бъдат произведени от бронз, месинг или посребрена стомана.

Покрития и термична обработка

Усъвършенствани покрития и повърхностни обработки могат да се прилагат върху лагерите за борба с триенето, предотвратяване на корозия и намаляване на износването, като по този начин се подобрява производителността на лагера при високи температури.Например, стоманените клетки могат да бъдат покрити със сребро за подобряване на производителността и надеждността.В случай на повреда/глад на смазката, сребърното покритие действа като твърда смазка, позволявайки на лагера да продължи да работи за кратък период от време или в извънредна ситуация.

Надеждност при ниска температура

В другия край на скалата ниските температури могат да бъдат проблематични за стандартните лагери.

Смазване

При приложения с ниски температури, например криогенни помпени приложения с температури в района на -190°C, маслените смазки стават восъчни, което води до повреда на лагера.Твърдото смазване като MOS2 или WS2 е идеално за подобряване на надеждността.Освен това, в тези приложения, изпомпваната среда може да действа като смазка, така че лагерите трябва да бъдат специално конфигурирани да работят при тези ниски температури, като се използват материали, които работят добре със средата.

Материали

Един материал, който може да се използва за подобряване на износоустойчивостта на лагера и устойчивостта на износване, е SV30® – мартензитно закалена, високо азотна, устойчива на корозия стомана.Керамичните топки също се препоръчват, тъй като осигуряват превъзходна производителност.Присъщите механични свойства на материала означават, че осигуряват отлична работа при лоши условия на смазване и е много по-подходящ за надеждна работа при ниски температури.

Материалът на клетката също трябва да бъде избран така, че да бъде възможно най-устойчив на износване и добрите опции тук включват PEEK, Полихлоротрифлуоретилен (PCTFE) и PAI пластмаси.

Топлинна обработка

Пръстените трябва да бъдат специално термично обработени, за да се подобри стабилността на размерите при ниски температури.

Вътрешен дизайн

Друго съображение за работа при ниски температури е вътрешната конструкция на лагера.Лагерите са проектирани с ниво на радиална хлабина, но с намаляване на температурата компонентите на лагера претърпяват термично свиване и следователно количеството на радиалната хлабина се намалява.Ако нивото на радиалната хлабина намалее до нула по време на работа, това ще доведе до повреда на лагера.Лагерите, които са предназначени за приложения при ниски температури, трябва да бъдат проектирани с повече радиална хлабина при стайна температура, за да се осигури приемливо ниво на работна радиална хлабина при ниски температури.

Работа с налягането на вакуума

В среди с ултра висок вакуум, като тези, които присъстват в производството на електроника, полупроводници и LCD, налягането може да бъде по-ниско от 10-7mbar.Лагерите с ултра висок вакуум обикновено се използват в задвижващо оборудване в производствената среда.Друго типично приложение за вакуум са турбомолекулярните помпи (TMP), които генерират вакуум за производствени среди.В това последно приложение често се изисква лагерите да работят с висока скорост.

Смазване

Смазването при тези условия е от ключово значение.При такъв висок вакуум, стандартните смазочни греси се изпаряват и също се отделят, а липсата на ефективно смазване може да доведе до повреда на лагера.Следователно трябва да се използва специално смазване.За среди с висок вакуум (до приблизително 10-7 mbar) могат да се използват PFPE греси, тъй като имат много по-висока устойчивост на изпаряване.За среди със свръхвисок вакуум (10-9mbar и по-малко) трябва да се използват твърди смазки и покрития.

За среди със среден вакуум (около 10-2mbar), с внимателен дизайн и избор на специална вакуумна грес, лагерните системи, които осигуряват дълъг живот от повече от 40 000 часа (приблизително 5 години) при непрекъсната употреба и работят при високи скорости, могат да бъдат постигнати.

Устойчивост на корозия

Лагерите, които са предназначени за използване в корозивна среда, трябва да бъдат специално конфигурирани, тъй като потенциално могат да бъдат изложени на киселини, основи и солена вода наред с други корозивни химикали.

Материали

Материалите са жизненоважно съображение за корозивни среди.Стандартните лагерни стомани лесно корозират, което води до ранна повреда на лагера.В този случай трябва да се вземе предвид материалът за пръстени SV30 с керамични топки, тъй като те са силно устойчиви на корозия.Всъщност проучванията показват, че материалът SV30 може да издържи много пъти по-дълго от друга устойчива на корозия стомана в среда със солен спрей.При контролирани тестове със солен спрей стоманата SV30 показва само леки признаци на корозия след 1000 часа тестване със солен спрей (вижте графика 1) и високата устойчивост на корозия на SV30 се вижда ясно на тестовите пръстени.Специални керамични сферични материали като цирконий и силициев карбид също могат да се използват за допълнително повишаване на устойчивостта на лагера към корозивни вещества.

Получаване на повече от смазването на медиите

Последната предизвикателна среда са приложения, при които средата действа като смазка, например хладилни агенти, вода или хидравлични течности.Във всички тези приложения материалът е най-важното съображение, а SV30 – керамичните хибридни лагери често се оказват най-практичното и надеждно решение.

Заключение

Екстремните среди представляват много експлоатационни предизвикателства пред стандартните лагери, като по този начин ги карат да се повредят преждевременно.В тези приложения лагерите трябва да бъдат внимателно конфигурирани, така че да са подходящи за целта и да осигуряват отлична дълготрайна работа.За да се осигури висока надеждност на лагерите, трябва да се обърне специално внимание на смазването, материалите, повърхностните покрития и топлинната обработка.